CN103357799A - 轧制制造复杂形状环形元件的设备 - Google Patents

Abstract

一种轧制制造复杂形状环形元件的设备。一种设备(1)，包括：轴对称形状成型工具(5)，绕第一轴转动并与轴对称形状的心轴(10)协作，心轴围绕平行于第一轴的第二轴旋转并具有预定的纵向轮廓；以及各自的接收辊(14、15)，被支撑带动旋转，适于支撑在使用中施加在成型工具上的垂直推力(S)，与第一和第二轴肩表面(17、18)协作并在它们之间限定出工作表面(11)；在工作表面的纵向轮廓的两端部(21、22)，心轴的第一和第二轴肩表面(17、18)具有第一和第二直径(D1、D2)，第一直径小于第二直径，第一轴肩表面(17)被设置为紧靠着心轴的第一端部(20)。

Description

轧制制造复杂形状环形元件的设备

技术领域

本发明涉及一种用于通过轧制制造滚动轴承外圈的钢插入件的设备。特别地，本发明可有利地应用于制造轮毂单元的钢插入件，其中外圈包括设有两条用于滚动体的滚道的环形钢插入件并适于经受住赫兹应力，以及外体，可能设有法兰并适于经受住从地面传递给车辆的静态和动态应力，反之亦然。更一般地，根据本发明的设备可以以可靠、容易的方式被用于制造任何复杂形状的环形元件。

背景技术

在最现代的轮毂类型中，例如，根据WO2012003848，所述类型的外圈通过两个步骤、使用两种不同的材料获得：首先，制得在其内径向表面上带有滚道的环形钢插入件；然后，由铝或轻质合金制造的法兰元件共注塑到插入件上。以这种方式，实现了降低外圈的总重量，且从而降低了作为一个整体的轮毂单元的总重量。

当时已知的唯一的方案是通过切屑加工锻制毛坯制造插入件，其能够通过塑性变形更简单且更快速地制造至少一部分插入件需要的轮廓。

然而，值得注意的是除了在一些有限的情况下，在环形元件上例如通过轧制制造复杂的轴对称形状的轮廓目前是不可能的。

如图3所示，例如通过轧制在环形元件L的径向内表面上制造所需的轮廓，意味着将元件L夹在旋转工具F和心轴M之间，使其绕轴X自由地转动；通过旋转，工具F根据箭头S压靠在心轴M上，因而心轴M必须通过一对接取辊R1和R2在对着工具F的一侧被横向地支撑，以空转的方式转动并与具有相同直径的心轴M的圆柱形轴肩表面P1和P2协作，以避免由于推力S在使用中产生轴向推力，其不能被心轴M支撑。心轴M的径向表面在轴肩P1和P2之间的径向平面内具有纵向的轮廓，其逆向地再现出元件L的径向内表面上需要的轮廓。

因而，轴肩P1和P2的直径必须小于被加工元件L的最小内径，否则心轴M不能被穿过元件L插入到工作位置，如图3所示。沿着轴X轮廓P具有相当大的直径变化时，心轴M的轮廓P将会有最小的直径“d”，其决定了心轴M的横向截面上产生局部收缩的心轴，因而心轴M不承受推力S，没有破损的危险。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种设备，适于通过轧制至少在环形元件的内径向壁上制造预定的轴对称纵向轮廓，其没有上述的缺点并且，更一般地，允许在径向壁上制造复杂形状的环形元件，还沿着环形元件的内径向壁出现直径的很大差异。

根据本发明，提供一种如权利要求1所述的通过轧制在环形元件的内径向壁上制造预定的轴对称纵向轮廓的设备。

附图说明

根据附图，在下面非限制性的实施例说明中本发明的特征和优点将很明显，其中

-图1图示地示出了根据本发明的设备，加工在其两端具有不同直径的环形坯；

-图2以简化的方式示出了本发明的设备应用于制造环形元件，在环形元件上必须要成形锥形面；

-图3示出了环形元件轧制操作的现有技术；及

-图4A和4B分别示出了属于本发明的设备的心轴的第一和第二实施例。

具体实施方式

根据图1、2和4，附图标记1指示了用于在被加工的环形元件4的径向表面2和3上轧制预定的轴对称轮廓的整个设备，加工包括锻造在两端具有差别很大的直径的钢坯，并可用于制造图1中的示例中的滚动轴承外圈的插入件。

更一般地(图2)，设备1(在图2中仅部分地示出)被用于加工环形元件4(图2中的4b)，环形元件4的内径向表面2被至少两个尺寸差别很大的直径限定。

为了简化，对应类似或等同的细节使用相同的附图标记，设备1包括：轴对称形状的成型工具，整体为已知的类型，被在径向方向上具有第一预定纵向轮廓7的外径向表面6限定；装置8，通过块(图1)示意性地图示，使得工具5围绕第一轴X1转动；及装置9，仅在图1中示意性地示出，垂直于第一轴X1并指向被加工的环形元件4在成型工具5上施加横向推力S，例如，如图1的图示，作用在转动轴X1上。

设备1进一步包括轴向对称形状的心轴10(图2中的10b)，绕平行于第一轴X1的第二轴X2旋转且设置在成型工具5的一侧，在此位置以接收通过使用的装置9施加在工具5上的推力S；心轴10具有在径向方向(图2中的12b)有预定的纵向轮廓12的工作外径向表面11，及在工具5的第一轮廓7和心轴10、10b的第二轮廓12、12b之间为被加工的环形元件4限定的接收空间13，心轴10、10b被如此成形从而在使用中彻底地与被加工的环形元件4、4b接触。

实际上，图1中示出的设备1和图2中示出的设备之间的唯一不同在于心轴的尺寸和形状，尤其是心轴10或10b的表面11的尺寸和形状，适于加工具有不同形状和尺寸的环形元件4和4b。因而，以下，说明将仅特别地涉及图1，因为其也等同地应用到图2。

设备1进一步包括第一接收辊14和第二接收辊15，被带动围绕平行于轴X1和X2的第三轴X3旋转，通过支撑16支撑由装置9施加在成形工具5上的垂直推力S；第一辊14和第二辊15分别地与心轴10的第一径向轴肩表面17和第二径向轴肩表面18协作，在它们之间限定出工作表面11。

最后，设备1包括(已知的)装置19，用于以空转的方式支撑心轴10的第一端部20，该端部被设置在方向V上，方向V为在使用中引入心轴10进入被加工的环形元件4的方向，其在使用中从被加工的环形元件4轴向地突出，如图1和2中清楚地示出。

根据本发明的一个方面，在预定纵向轮廓12(图4A和图4B)的两端21和22，心轴10的第一和第二径向轴肩表面17、18分别具有彼此不同的第一直径D1和第二直径D2；特别地，第一轴肩表面17的第一直径D1小于第二轴肩表面18的第二直径D2；而且，第一轴肩表面17被设置为紧靠着心轴10的第一端20，因而在使用中面对着引入心轴10进入被加工的环形元件4的方向V。

因此，第一接收辊14和第二接收辊15具有不同的直径，特别地，辊14的直径大于辊15。

第一轴肩表面17被在轴向上具有等于直径D1的恒定直径的圆柱表面限定；第二轴肩表面18被设置在心轴10的第二端23，与第一端20相对。

根据本发明的另一方面，心轴10的工作外径向表面11被进一步成形，以总是保持被限定在锥形面C(图4A)内，锥形面C在至少一点上与第一和第二轴肩表面17、18接触，从而心轴10的总体形状可与锥体相比。

第二径向轴肩表面18被成形为具有第二直径D2作为最大直径的凹曲线，在其两端24、25处，表面18在心轴10上限定出预定径向深度的环形槽26。

然后，第二接收辊15具有被凸曲线表面28限定的周边外边缘27，与表面18的形状匹配，其与心轴10的环形槽26配合以保持心轴10轴向的锁闭并吸收可能在心轴10上产生的轴向力A(图4)。

特别地，由于心轴10、辊14和15的几何形状的影响，由于凸形状的边缘27，轴向力S将总是在心轴10上产生轴向推力A，根据本发明通过辊15的支撑16将其吸收。

心轴10的环形槽26的深度是渐高的，随着锥形面C的倾角α(图4A)；图4B示出了角度α1，其与表面C的角度近似。另外，在径向平面，环形槽26还具有被渐小的直径限定的圆弧轮廓，随着锥形面C的倾角α，或者是恒定的，但被制造为获得环形槽26的更大径向深度。实质上，如图4A和图4B中清晰地示出，槽26和边缘27被如此地成形从而环形槽26的凹表面18和边缘27的凸表面28之间的接触角β随着倾角α的增加而增加，从而在所有的情况下，接触(或轧制)角β总是保持在环形槽26的径向轮廓内。连接凹表面18/凸表面28的目的实际上不只是以正确的方式轴向定位心轴10，而首先是适于通过接收辊15传递轴向力A至支撑16。

根据本发明的非次要方面，第一接收辊14被以相对于第二接收辊15空转的方式固定至支撑16，在示出的实施例中通过被固定至辊14和15的普通的支撑轴30滚动轴承29的方式，从而能够以与第二接收辊15不同的速度绕第三轴X3转动。

根据本发明，心轴的外径向表面的纵向工作轮廓，与将获得的环形元件的轮廓互补，在两端被轴肩表面的不同直径限定，该事实决定了心轴的整体形状可与锥体相比，意味着心轴的外侧表面在所述的不同直径的轴肩表面之间、在理想的锥形面内被限定。

以这种方式，两个轴肩表面中的一个可被制造为沿着工作轮廓具有的直径等于或非常类似于心轴的径向表面的最小直径，以避免在心轴的径向壁上产生突然的局部变化，这在使用中会引起损坏。

制造两个轴肩表面中的一个时，特别地是大直径的轴肩表面时，凹表面在心轴上限定环形槽允许制造具有外围外凸边缘的相应接收辊，其接触槽，解除接收辊上的轴向推力，从而不给辊支撑造成负担。

以这种方式，还可以以有效且可靠的方式制造在两轴向端具有很大差别直径的环形元件，而没有损坏心轴的危险：足以在心轴上制造更深的环形槽，随着增高侧推力被传递至接收辊。

根据本发明制造的设备允许通过轧制获得环形元件，例如滚动轴承的外圈，其余部分由铝或其它的“轻质”材料制成，如复合材料，在本发明之前仅通过切屑加工，因此能够获得降低制造成本和时间的巨大优势。

Claims (8)

1.一种设备(1)，用于通过轧制在环形元件(4)的径向表面(2、3)上制造预定的轴对称纵向轮廓，包括：

-轴对称形状的成型工具(5)，由在径向部分具有第一预定纵向轮廓(7)的外径向表面(6)限定；

-第一装置(8)，用于使该成型工具围绕第一轴(X1)转动，及第二装置(9)，用于垂直于该第一轴在成型工具上施加横向推力(S)；

-轴向对称形状的心轴(10)，绕平行于该第一轴(X1)的第二轴(X2)旋转且设置在该成型工具的一侧，在此位置以接收使用中施加在该形成工具上的该推力；心轴的工作外径向表面(11)在径向部分具有第二预定纵向轮廓(12)；在该工具的该第一轮廓和该心轴的该第二轮廓之间限定出用于被加工的环形元件的接收空间(13)，该心轴(10)被如此成形从而在使用中与被加工的环形元件(4)彻底地接触；

-第一和第二接收辊(14、15)，通过适合于支撑施加在该成形工具上的垂直推力的支撑(16)被带动围绕平行于该第一轴的第三轴(X3)旋转；该第一和第二接收辊(14、15)分别地与心轴的第一和第二径向轴肩表面(17、18)协作，在它们之间限定出具有该第二预定轮廓的该工作表面(11)；及

-装置(19)，用于以空转的方式支撑该心轴的第一端部(20)，该第一端部被设置在方向(V)上，该方向(V)为在使用中引导该心轴进入被加工的环形元件的方向，并且在使用中从该被加工的环形元件轴向地突出；

其特征在于

在该第二预定纵向轮廓(12)的相对端部(21、22)，该心轴的该第一和第二径向轴肩表面(17、18)分别具有彼此不同的第一和第二直径(D1、D2)；该第一轴肩表面(17)的该第一直径(D1)小于该第二直径(D2)；而且，该第一轴肩表面(17)被设置为紧靠着该心轴的该第一端部(20)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于该第一轴肩表面(17)被在轴向上具有等于该直径(D1)的恒定直径的圆柱表面限定；并且在于该第二轴肩表面(18)被设置在该心轴的该第二端部(23)，与该第一端相对。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于该心轴的该工作外径向表面(11)被限定在锥形面(C)内，其至少在一点与该第一和第二轴肩表面(17、18)接触，从而该心轴的总体形状可与锥体相比。

4.根据前述权利要求之一项所述的设备，其特征在于该第二径向轴肩表面(18)被成形为在其两端(24、25)处具有该第二直径(D2)作为最大直径的凹曲线表面，并且其表面在该心轴上限定出预定径向深度的环形槽(26)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于该第二接收辊(15)具有被凸曲线表面(28)限定的周边外边缘(27)，与该表面(18)的形状匹配，其与该心轴(10)的该环形槽(26)配合，以保持该心轴被轴向锁闭并吸收在该心轴(10)上产生的轴向推力(A)。

6.根据权利要求4和5所述的设备，其特征在于该心轴的该工作外径向表面(11)被限定在锥形面(C)内，其至少在一点与该第一和第二轴肩表面(17、18)接触；该心轴环形槽(26)深度随着锥形面的倾角(α)增大而增大；该环形槽(26)在径向平面内具有圆弧轮廓。

7.根据前述权利要求之一项所述的设备，其特征在于该第一接收辊(14)被以相对于该第二接收辊(15)空转的方式固定至该支撑，以能够以与该第二接收辊(15)不同的速度绕该第三轴(X3)转动。

8.根据前述权利要求之一项所述的设备，其特征在于该第一和第二接收辊(14、15)具有不同的直径，该第一辊(14)的直径大于该第二辊(15)。

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